3S技術(shù)在數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中的應用

王超

（云南國土資源職業(yè)學院，云南 昆明 650217）

引言

隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，以GPS、GIS、RS為主的現(xiàn)代測繪技術(shù)能夠快速獲取地理數(shù)據(jù)，快速獲取圖像信息，并且能夠通過3S技術(shù)的集成具有強大的數(shù)據(jù)存儲、管理和分析功能，受到了測繪、國土、電力等各行業(yè)的青睞。

電力對國民經(jīng)濟和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，與我們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，而為了高效率地對電力系統(tǒng)進行管理，必須采用新技術(shù)新方法提高管理水平和現(xiàn)代化水平，在這樣的背景下，電力行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，在整個行業(yè)開始了數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)，該工程巨大，涉及技術(shù)多，是一項復雜的綜合的工程。

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)涉及方面眾多，技術(shù)復雜，本文淺談3S技術(shù)在數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中的應用。

1 “3 S”技術(shù)

全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System,縮寫GPS)是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在1994年全面建成，GPS系統(tǒng)進行了現(xiàn)代化和更新完善，是目前快速的高精度導航定位系統(tǒng)，它的基本功能:導航、定位、授時。GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點贏得了廣大測繪工作者的信賴，在測繪、車輛導航監(jiān)控、國土資源調(diào)查等領(lǐng)域應用廣泛。

遙感技術(shù)（Remote Sensing,縮寫為 RS）發(fā)展歷史較早，最初起源于上世紀60年代的航空攝影測量技術(shù)，通過像片分析地物的關(guān)系和屬性，生成各種地形圖和專題圖?，F(xiàn)代航空攝影測量空間分辨率可達0.05m，特別是現(xiàn)在無人機航空攝影測量的出現(xiàn)，擴大了攝影測量的應用范圍。1972年以后，隨著美國的陸地衛(wèi)星的發(fā)射成功及后來高空間分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星的出現(xiàn)，如QuickBird（快鳥）衛(wèi)星以及Worldview衛(wèi)星的出現(xiàn)，RS系統(tǒng)能夠快速的獲取地面數(shù)據(jù)，進行對地立體觀測，影像信息豐富，應用廣泛。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，縮寫為GIS），發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史。GIS系統(tǒng)從應用的角度由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五個部分組成，具有強大的數(shù)據(jù)管理和分析功能，它利用系統(tǒng)工程和信息科學的理論去分析具有空間信息的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行加工處理，能夠?qū)?shù)據(jù)進行編輯出圖，進行數(shù)據(jù)庫建設(shè)和管理數(shù)據(jù)，最終提供管理和決策所需要的各種信息。目前，成熟的GIS應用軟件不斷推出，同時GIS還提供了強大的二次開發(fā)功能，各行業(yè)可以根據(jù)行業(yè)特點和要求開發(fā)適合的地理信息系統(tǒng)。

2 數(shù)字化電網(wǎng)概述

數(shù)字化電網(wǎng)是在電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)代化過程中提出的，是當今電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新方向。各電網(wǎng)公司一直以來重視新技術(shù)的推廣應用，尤其是數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)，南方電網(wǎng)公司提出包含數(shù)字化和智能化的“數(shù)字南方電網(wǎng)”，并成立了智能化電網(wǎng)技術(shù)研究工作小組，開展技術(shù)研究。

數(shù)字化電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以信息流為導向，數(shù)字化電網(wǎng)按照邏輯分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、傳輸層、應用層和展現(xiàn)層，并采用先進的信息通信和電力控制技術(shù)實現(xiàn)分層集成和監(jiān)控。數(shù)字化電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)各層次基于公共標準進行設(shè)計，具有系統(tǒng)性和開放性的特點。

數(shù)字化電網(wǎng)主要包括:數(shù)字化配電網(wǎng)、數(shù)字化輸電網(wǎng)、數(shù)字化變電站數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)，必須依靠嚴謹?shù)暮暧^規(guī)劃，以設(shè)計帶動基建及電網(wǎng)整體水平的提升，而設(shè)計部分又是電力設(shè)計院的優(yōu)勢和責任，需要改變思想觀念，引領(lǐng)進程；數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)本身又是一個逐步規(guī)范和逐步實施的建設(shè)過程，也是持續(xù)建設(shè)和逐步積累的過程。數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的基本目的是有效指導規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行維護過程中的日常管理等工作。

3 數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)主要技術(shù)及方法

3.1 RS影像數(shù)據(jù)獲取

遙感影像獲取通常有兩種途徑:航空攝影測量及衛(wèi)星遙感。兩種方法獲取的影像分辨率，影像信息及成圖比例尺存在差異，應用范圍也不相同。

衛(wèi)星遙感方法獲取的影像空間分辨率通常不高，如法國的SPOT-5衛(wèi)星，經(jīng)過圖像融合后空間分辨率為2.5m全色，此分辨率影像可以輔助電力線路設(shè)計，從影像進行路徑初選等工作；而Worldview影像分辨率為0.5m，立體像對的衛(wèi)星影像可以進行立體測圖，生成正射影像（DOM），建立數(shù)字高程模型（DEM）等。

在衛(wèi)星影像選擇時，有以下基本原則:（1）最佳時相；（2）最佳空間分辨率；（3）最佳波段組合。衛(wèi)星影像一定要選擇最新的能夠反應測繪調(diào)查區(qū)域現(xiàn)狀的影像，影像質(zhì)量要好，云量覆蓋要少或者基本沒有，同時傳感器的傾角、影像分辨率等滿足要求。

為了獲得較新的分辨率較高的影像，電力行業(yè)通常進行航空攝影測量，進行航飛獲得分辨率較高的航片，航片精度可達5cm，可以滿足大部分電力工程需求。現(xiàn)在無人機攝影測量的出現(xiàn)，電力行業(yè)也在嘗試無人機航空攝影測量。

在航空攝影測量的方法中，首先要確定測區(qū)范圍，然后根據(jù)范圍和測區(qū)情況優(yōu)化設(shè)計航線，航線設(shè)計非常重要，然后準備攝影膠片，計算攝影航高、攝影比例尺等參數(shù)。獲得航片后還要檢查航片質(zhì)量，如重疊度，影像灰度、色調(diào)等，對影像進行處理。

3.2 GPS外控及調(diào)繪

GPS具有速度快、定位精度高的特點，應用廣泛。數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要，影像數(shù)據(jù)必須是經(jīng)過嚴格糾正的某一成果坐標系統(tǒng)的成果，如1980西安坐標系（國家坐標系）。在影像獲取和初步處理之后，就必須對影像糾正，而糾正一般是采用基于像控點（GCP）的多項式糾正方法，該方法數(shù)學模型簡單，糾正精度滿足要求。關(guān)于像控點（GCP）的選擇需滿足如下條件:（1）控制點數(shù)量足夠；（2）控制點分布均勻；（3）控制點點位特征明顯。

實際的GPS控制測量時，首先需要有已知的一定數(shù)量國家三角點和國家水準點，并且等級較高而且分布較好；觀測方法可以采用“邊連式”的方法，或者采用快速靜態(tài)相對定位的方法；采用TGO軟件嚴密平差計算，得到滿足糾正要求的控制點成果。

在對像片進行糾正之后，有時候還需要借助RTK技術(shù)（實時動態(tài)定位技術(shù)）對塔位、電桿、變電站及電力設(shè)施進行測量以確定點位坐標信息。

另外，以航片和衛(wèi)片為基礎(chǔ)，實地調(diào)繪地名、道路、水系、地類、變化地物等，同時還要采集電力塔實景照片、錄像、電力設(shè)施照片等資料用于后期數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

3.3 基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)分析與設(shè)計

3.3.1 GIS的數(shù)據(jù)需求

GIS數(shù)據(jù)格式主要有:柵格數(shù)據(jù)（Raster）、矢量數(shù)據(jù)(Vector)、不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)。在數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中，首先分析需求的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)格式。需求的數(shù)據(jù)如下:

3.3.2 GIS系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和原則

數(shù)字化電網(wǎng)是希望通過計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，連接參與輸電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)和維護的所有用戶，進行所有輸電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的全數(shù)字化表達?；贕IS的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)目的是充分整合和兼容已有系統(tǒng)，以統(tǒng)一的信息系統(tǒng)為平臺，是開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠高效及時應變需求變化。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)中心或者其他方式間接獲得輸電線路、變電站等運行、調(diào)度等實時數(shù)據(jù)，并提供直觀的顯示效果。

系統(tǒng)建設(shè)希望體現(xiàn):空間上宏觀性和全局性；時間上貫穿各建設(shè)階段；功能上全面覆蓋現(xiàn)有的業(yè)務(wù)應用；信息化對象包含所有業(yè)務(wù)相關(guān)用戶。同時，在基于GIS的系統(tǒng)設(shè)計時，必須考慮以下基本原則:（1）提供基本的工作平臺；（2）貼近用戶實際需要；（3）數(shù)據(jù)形式多樣化；（4）直觀的線路運行模型景觀；（5）界面/操作環(huán)境友好。

3.3.3 數(shù)據(jù)處理的一般技術(shù)流程

3.3.4 基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)基本功能

圖形操作功能:二維圖形顯示和控制、疊加像片功能、二維圖形查詢（二維空間查詢、二維屬性查詢、線路走廊區(qū)域查詢）、二維圖形編輯（修改、刪除、移動、復制、打斷、合并、交叉跨越、保存）、二維三維聯(lián)動顯示、三維操作（漫游、查詢、矢量層操作、三維工具計算）。

臺帳管理及查詢功能:換流站臺帳管理、線路臺帳管理、線路統(tǒng)計查詢、線路交叉跨越查詢。

報表及線路附屬信息管理:桿塔明細報表、作業(yè)記錄、附屬設(shè)施明細表、維護記錄表等。

輔助工具:缺陷警示、最短路徑查詢、安全距離量算、植被分析演示、桿塔斷面圖、專題圖輸出。

4 數(shù)字化電網(wǎng)應用淺析

電力行業(yè)，各電力設(shè)計院是數(shù)字化電網(wǎng)設(shè)計的主要執(zhí)行者，承擔了更多的責任，現(xiàn)在已經(jīng)在很多地區(qū)的跨區(qū)電網(wǎng)中得到應用，相應的應用平臺和產(chǎn)品也很多，也有很多優(yōu)秀的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)。但是，數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)新穎、涉及領(lǐng)域眾多，且實際工程情況復雜多變，所以數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)存在成績和不足。

數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)應用中，其基本功能和應用舉例如下:

4.1 數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)的圖形操作功能

4.2 數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)的輔助工具功能

從以上示例可以看出，數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢，是一項電力行業(yè)的技術(shù)革新，為電網(wǎng)建設(shè)和電力更好地服務(wù)社會發(fā)揮了重要作用。但是，必須提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，重視用戶的需求分析，提出更好的解決方法和數(shù)據(jù)分析處理模式，對GIS系統(tǒng)加強優(yōu)化設(shè)計，最終使基于GIS的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)功能更強，操作更合理、更實用，滿足數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)各方面的需求。

5 結(jié)束語

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)是整個電網(wǎng)行業(yè)的熱點話題，數(shù)字化電網(wǎng)的建設(shè)又是涉及面教廣的系統(tǒng)工程。3S技術(shù)是測繪領(lǐng)域的新技術(shù)和發(fā)展方向，在很多領(lǐng)域都有集成和應用。本文介紹了基于3S技術(shù)的數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)方法，對數(shù)字化電網(wǎng)的基本功能作了簡單的介紹，對涉及的GPS、RS、GIS技術(shù)也分別作了介紹。

圖2

圖3 三維顯示和查詢功能

圖4 數(shù)字化電網(wǎng)的輔助工具應用

當然，要深入了解數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)的核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)及其建設(shè)過程，以及數(shù)字化電網(wǎng)在實際工程中的應用等方面的內(nèi)容，還需要進行更多的研究和開發(fā)。

數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)是電力行業(yè)的必需工作，筆者認為，隨著數(shù)據(jù)獲取方法的改進以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高，隨著電網(wǎng)需求的變化以及行業(yè)的重視，基于3S技術(shù)的數(shù)字化電網(wǎng)技術(shù)和應用會更加成熟，發(fā)揮越來越重要的作用，數(shù)字化電網(wǎng)會在未來具有更加重要的影響力，推動整個電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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